La掺杂TiO2负载Pt催化剂制备及其室温氧化低浓度甲醛

彭洪根 应家伟 张景岩 张先华 彭程 饶成 刘文明 张宁 王翔

引用本文: 彭洪根,  应家伟,  张景岩,  张先华,  彭程,  饶成,  刘文明,  张宁,  王翔. La掺杂TiO2负载Pt催化剂制备及其室温氧化低浓度甲醛[J]. 催化学报, 2017, 38(1): 39-47. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62532-9 shu
Citation:  Honggen Peng,  Jiawei Ying,  Jingyan Zhang,  Xianhua Zhang,  Cheng Peng,  Cheng Rao,  Wenming Liu,  Ning Zhang,  Xiang Wang. La-doped Pt/TiO2 as an efficient catalyst for room temperature oxidation of low concentration HCHO[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(1): 39-47. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62532-9 shu

La掺杂TiO2负载Pt催化剂制备及其室温氧化低浓度甲醛

  • 基金项目:

    国家重点研发计划(2016YFC0205900);国家自然科学基金(21503106,21567016);江西省科技落地计划(KJLD14005);江西省自然科学基金(20142BAB213013,20151BBE50006).

摘要: 甲醛是室内装修污染的重要组分,已严重危害到人们身体健康,在室温条件下消除甲醛引起了人们的广泛兴趣.目前室温清除甲醛主要有物理吸附法、光催化法、等离子体技术及催化氧化技术.物理吸附法主要采用活性炭等作为吸附剂,其初期吸附效果较好,但当吸附饱和之后会重新释放甲醛造成二次污染;光催化法和等离子体技术需要特殊装置,不适合室内室温环境脱除甲醛;而催化氧化技术则可直接将甲醛转化为无毒无害的水和CO2,因而备受关注.Pt/TiO2被认为是目前消除甲醛最有效的催化剂.为进一步降低贵金属Pt的用量及增强其稳定性(Pt被氧化后其活性会降低),本文首次采用稀土La掺杂锐钛矿型TiO2,负载少量Pt后用于室内低浓度(0.5 ppm)甲醛的催化氧化.
活性测试结果表明,纯TiO2催化剂上甲醛转化率在5%以下,有可能是物理吸附或可见光催化所致.负载0.5% Pt后,Pt/TiO2和Pt/La-TiO2甲醛转化率均高于80%,尤其是La掺杂活性高达96%以上,且在连续反应8 h甚至延长至40 h后其活性均未见下降趋势.电镜结果表明,La掺杂Pt/La-TiO2催化剂中Pt粒径从未掺杂的2.2 nm降至1.7 nm;CO程序升温脱附测试表明,Pt/La-TiO2/Pt的分散度达66%,而未掺杂样品仅为51%;X射线光电子能谱测试表明,Pt/La-TiO2的表面氧物种高于Pt/TiO2催化剂,说明La掺杂增强了Pt和载体间的相互作用.为探讨Pt/La-TiO2商业化应用前景,将粉体Pt/La-TiO2涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上制备成整体催化剂.该整体催化剂在容积为2 m3的密室测试中5 min内即可将浓度为0.5 ppm的甲醛将至0.02 ppm以下.该催化剂在存放3个月后活性略有下降,但在10 min内仍可将甲醛浓度降至0.08ppm,达到室内甲醛排放标准.
综上,本文成功制备了La掺杂Pt/La-TiO2用于室内低浓度甲醛催化氧化,该催化剂表现出优异的催化性能.通过多种表征手段表明,La修饰后贵金属Pt纳米粒子尺寸减小、分散度提高及Pt与载体间相互作用增强是其活性优异的主要原因.以Pt/La-TiO2粉体制备的整体催化剂同样表现出了高的催化性能,具有工业应用前景.

English

    1. [1] J. Quiroz Torres, S. Royer, J. P. Bellat, J. M. Giraudon, J. F. Lamonier, ChemSusChem, 2013, 6, 578-592.

    2. [2] Z. H. Xu, J. G. Yu, M. Jaroniec, Appl. Catal. B, 2015, 163, 306-312.

    3. [3] C. B. Zhang, H. He, K. I. Tanaka, Catal. Commun., 2005, 6, 211-214.

    4. [4] B. B. Chen, C. Shi, M. Crocker, Y. Wang, A. M. Zhu, Appl. Catal. B, 2013, 132-133, 245-255.

    5. [5] B. Y. Bai, Q. Qiao, J. H. Li, J. M. Hao, Chin. J. Catal., 2017, 38, 102-122.

    6. [6] Y. N. Shen, X. Z. Yang, Y. Z. Wang, Y. B. Zhang, H. Y. Zhu, L. Gao, M. L. Jia, Appl. Catal. B, 2008, 79, 142-148.

    7. [7] X. F. Tang, Y. G. Li, X. M. Huang, Y. D. Xu, H. Q. Zhu, J. G. Wang, W. J. Shen, Appl. Catal. B, 2006, 62, 265-273.

    8. [8] X. F. Tang, J. L. Chen, X. M. Huang, Y. D. Xu, W. J. Shen, Appl. Catal. B, 2008, 81, 115-121.

    9. [9] C. B. Zhang, F. D. Liu, Y. P. Zhai, H. Ariga, N. Yi, Y. C. Liu, K. Asakura, M. Flytzani-Stephanopoulos, H. He, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 9628-9632.

    10. [10] H. B. Huang, D. Y. C. Leung, J. Catal., 2011, 280, 60-67.

    11. [11] H. B. Huang, D. Y. C. Leung, ACS Catal., 2011, 1, 348-354.

    12. [12] S. Srisuda, B. Virote, J. Environ. Sci., 2008, 20, 379-384.

    13. [13] T. Okachi, M. Onaka, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 2306-2307.

    14. [14] H. Nakayama, A. Hayashi, T. Eguchi, N. Nakamura, M. Tsuhako, Solid State Sci., 2002, 4, 1067-1070.

    15. [15] C. H. Ao, S. C. Lee, J. Z. Yu, J. H. Xu, Appl. Catal. B, 2004, 54, 41-50.

    16. [16] B. Ohtani, Chem. Lett., 2008, 37, 217-229.

    17. [17] J. H. Mo, Y. P. Zhang, Q. J. Xu, J. J. Lamson, R. Y. Zhao, Atmos. Envi-ron., 2009, 43, 2229-2246.

    18. [18] S. Sun, J. J. Ding, J. Bao, C. Gao, Z. M. Qi, C. X. Li, Catal. Lett., 2010, 137, 239-246.

    19. [19] D. W. Kwon, P. W. Seo, G. J. Kim, S. C. Hong, Appl. Catal. B, 2015,163, 436-443.

    20. [20] L. Zeng, W. L. Song, M. H. Li, D. W. Zeng, C. S. Xie, Appl. Catal. B, 2014, 147, 490-498.

    21. [21] J. Quiroz, J. M. Giraudon, A. Gervasini, C. Dujardin, C. Lancelot, M. Trentesaux, J. F. Lamonier, ACS Catal., 2015, 5, 2260-2269.

    22. [22] N. H. An, Q. S. Yu, G. Liu, S. Y. Li, M. J. Jia, W. X. Zhang, J. Hazard. Mater., 2011, 186, 1392-1397.

    23. [23] B. Y. Bai, Q. Qiao, J. H. Li, J. M. Hao, Chin. J. Catal., 2017, 38, 27-31.

    24. [24] H. Y. Chen, M. N. Tang, Z. B. Rui, H. B. Ji, Ind. Eng. Chem. Res., 2015, 54, 8900-8907.

    25. [25] C. Y. Ma, D. H. Wang, W. J. Xue, B. J. Dou, H. L. Wang, Z. D. Hao, En-viron. Sci. Technol., 2011, 45, 3628-3634.

    26. [26] B. Y. Bai, H. Arandiyan, J. H. Li, Appl. Catal. B, 2013, 142-143, 677-683.

    27. [27] H. Y. Chen, Z. B. Rui, H. B. Ji, Chin. J. Catal., 2015, 36, 188-196.

    28. [28] L. H. Nie, A. Y. Meng, J. G. Yu, M. Jaroniec, Sci. Rep., 2013, 3, 3215.

    29. [29] H. B. Huang, X. G. Ye, H. L. Huang, L. Zhang, D. Y. C. Leung, Chem. Eng. J., 2013, 230, 73-79.

    30. [30] X. Wang, R. J. Gorte, J. P. Wagner, J. Catal., 2002, 212, 225-230.

    31. [31] W. J. Shen, A. Kobayashi, Y. Ichihashi, Y. Matsumura, M. Haruta, Catal. Lett., 2001, 73, 161-165.

    32. [32] M. S. Jin, H. Y. Liu, H. Zhang, Z. X. Xie, J. Y. Liu, Y. N. Xia, Nano Res., 2010, 4, 83-91.

    33. [33] X. Wang, D. P. Liu, J. Q. Li, J. M. Zhen, F. Wang, H. J. Zhang, Chem. Sci., 2015, 2015, 2877-2884.

    34. [34] J. S. Tian, H. G. Peng, X. L. Xu, W. M. Liu, Y. H. Ma, X. Wang, X. J. Yang, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2270-2281.

    35. [35] X. L. Xu, X. Wang, Y. C. Li, J. S. Tian, W. M. Liu, Z. X. Gao, Z. Phys. Chem., 2014, 228, 27-48.

    36. [36] X. Wang, J. S. Tian, Y. H. Zheng, X. L. Xu, W. M. Liu, X. Z. Fang, ChemCatChem, 2014, 6, 1604-1611.

    37. [37] H. G. Peng, Y. H. Ma, W. M. Liu, X. L. Xu, X. Z. Fang, J. Lian, X. Wang, C. Q. Li, W. F. Zhou, P. Yuan, J. Energy Chem., 2015, 24, 416-424.

    38. [38] Y. H. Ma, X. Wang, X. J. You, J. J. Liu, J. S. Tian, X. L. Xu, H. G. Peng, W. M. Liu, C. Q. Li, W. F. Zhou, P. Yuan, X. H. Chen, ChemCatChem, 2014, 6, 3366-3376.

    39. [39] J. J. Liu, H. G. Peng, W. M. Liu, X. L. Xu, X. Wang, C. Q. Li, W. F. Zhou, P. Yuan, X. H. Chen, W. G. Zhang, H. B. Zhan, ChemCatChem, 2014, 6, 2095-2104.

    40. [40] L. Zhang, L. Wang, Z. Y. Jiang, Z. X. Xie, Nanoscale Res. Lett., 2012, 7, 312-318.

    41. [41] T. T. Zhang, H. Y. Zhao, S. N. He, K. Liu, H. Y. Liu, Y. D. Yin, C. B. Gao, ACS Nano, 2014, 8, 7297-7304.

    42. [42] H. X. Hei, H. He, R. Wang, X. J. Liu, G. Z. Zhang, Soft Nanosci. Lett., 2012, 2, 34-40.

    43. [43] Y. S. She, Q. Zheng, L. Li, Y. Y. Zhan, C. Q. Chen, Y. H. Zheng, X. Y. Lin, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34, 8929-8936.

    44. [44] J. R. Gaudet, A. De La Riva, E. J. Peterson, T. Bolin, A. K. Datye, ACS Catal., 2013, 3, 846-855.

    45. [45] F. Wang, G. X. Lu, J. Power Sources, 2008, 181, 120-126.

    46. [46] D. Gonzalez, E. Lima, N. Martín, Ind. Eng. Chem. Res., 2007, 46, 4335-4340.

    47. [47] C. Anjaneyulu, G. Naresh, V. V. Kumar, J. Tardio, T. V. Rao, A. Venu-gopal, ACS Sustain. Chem. Eng., 2015, 3, 1298-1305.

    48. [48] S. Colussi, C. de Leitenburg, G. Dolcetti, A. Trovarelli, J. Alloys Compd., 2004, 374, 387-392.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  1530
  • HTML全文浏览量:  183
文章相关
  • 收稿日期:  2016-08-30
  • 修回日期:  2016-09-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章